光纤通信中光纤特性分析

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【摘要】随着我国经济社会的不断发展，为科学技术的发展提供了强大的经济基础，尤其是在通信技术方面的发展，目前我国速度最快的通信技术就是光纤通信技术，它的工作原理就是利用光波作为载波的媒介，光纤作为传输的媒质，准确的将要传送的信息安全送达目的地的一种现代通信方式，基于此光纤通信技术被广泛的称作“有线”光通信。在当今社会中，光纤技术相比其他通信技术，比如电缆、微波通信的传输技术，在传输频带宽、抗干扰性和信号等方面都有着自己的优势，已经在世界范围内通信传输方式中占据主导地位。然而，就当前我国的光纤通信技术而言，它的潜在能力并没有全部被开发出来，在实际运用当中的技术还只是光纤通信技术本身的百分之二左右，剩下的巨大潜力还在等待人们去开发利用。因此，为了更好的开发利用光纤通信技术，本文就光纤通信技术中光纤的特性进行分析，并对其应用进行简要的探析。
【关键词】光纤通信；光纤特性；分析
光纤通信技术自1970年在我国开始用于通信传输，发展到现在只有短短的三十年时间，但是却已经取得了极其惊人的发展。由于光纤通信较之其他通信方式具有通信容量大、中继距离长、保密性好且适应能力强等优点，且是选用带宽极宽的光波作为传送信息的载体，为光纤通信技术在我国的推广和使用提供了必要的前提条件。为了能够更好的认识光纤通信技术，让光纤通信技术向着更高水平的、更高阶段的方向发展，我们可以从光纤的几个特性开始入手。经过多年的研究和发展，相关工作人员发现光纤的特性主要体现在三个方面，分别是在几何方面的特性、光学方面的特性与传输方面的特性，这三方面特性中又有着极具代表性的特性，分别是非线性特性、色散以及衰耗系数。
一、光纤通信技术
第一，光纤通信技术的概述。从光纤通信的组成结构上来看，主要是由光纤、光源和光检测器这三种通信的基本物质要素构成的，由于是以一种光导纤维为传输媒介的“有线”光通信，所以又可以称之为光导纤维通信。其中光纤又是包含了内芯和包层两个主要部分。内芯一般为几十微米直至几微米，所占用的体积非常小，而外面层主要是起保护光纤的作用，因为光纤通信系统所使用的光缆不同于普通的使用单根的光纤的光缆，它使用的是由许多光纤聚集在一起的组成的一组光缆，很有效的杜绝了信息在传播过程中出现信息泄露的现象。其中在实际应用中，不仅根据光纤自身的制造工艺进行分类，还可以按照光纤的组成材料和光学特性进行分类。总之，光纤通信技术在我国的发展正在不断的完善过程中。
第二，光纤通信技术的特点：首先是拥有相比于铜线或电缆的极宽频带和超大容量的通信存储空间，科学技术快速发展的今天，我们已经能够使用密集波分复用技术最大化地增添了了光纤的传输容量，解决因终端设备的电子瓶颈效导致光纤自身的巨大优势未被使用的问题，尤其是对于单波长光纤通信系统。然后是合适的长中继距离，传输损耗比其它任何传输介质的损耗都要低出很多，而且如果将来能够采用非石英系统极低损耗光纤，将让光纤通信技术的低损耗更上一层楼。再然后是抗电磁干扰能力强，因为光纤原材料是由石英材料制成的绝缘体材料，可以让光波导对电磁干扰具有强大的免疫力，还不容易被腐蚀损耗。最后是在光纤中的传输过程中光信号可以被完善地限制在光波导结构中，可以保证光缆外面窃听不到光纤中传输的信息，并避免出现串音干扰的状况。
二、光纤通信中的光纤特性
第一，衰耗系数。衰耗系数也就是每公里光纤对光信号功率的衰减值，这是区分多模光纤和单模光纤在传输过程中对特性研究的重要参数之一，对光纤的中继距离在很大程度上有直接的影响。由于它的重要地位，我们必须对其做出深入的研究，找到使光纤产生衰耗的原因，延长光纤的使用寿命。其中引起光纤产生衰耗的主要因素有：其一是吸收型的光纤衰耗，其主体是杂质，因为光纤的制作材料在制作过程中的纯度没有完全达到限定范围，这些杂质对光的吸收能力十分强大，造成杂质在光纤通信过程中容易对光信号的功率进行大量消耗，吸收型的衰耗也是导致光信号快速衰减最主要的原因。其二是散射型的衰耗，主要包括线性散射、非线性散射和结构不完整散射，在光纤通信传输过程中会严重影响光纤的使用效果。其三是其它类型的衰耗，主要包括微弯曲衰耗，这种类型的衰耗在光纤通信传输过程中起到作用是相对较小的。三种重要类型的衰耗方式中最容易引起且产生的影响较大的是第一种吸收型的光纤衰耗，因此为了在以后能够减少这种原因引起的光纤消耗，必须对制造光纤用的原材料二氧化硅进行十分严格的化学提纯操作，让造成散射损耗的光纤材料密度发生变化，以获得高纯度低衰耗的光纤，保证材料中的杂质含量始终保持在可控范围之内，降低杂质吸收的机率。或者在制造光纤的过程中，在纤芯和包层交界面上残留一些气泡和气痕，这样可以通过引起与波长无关的散射损耗让整个光纤损耗谱曲线上移来减小散射的损耗。
第二，色散。经过多年对光纤的研究发展，色散是光纤的一个重要特性，对于色散有它的定义，我们都知道在在多模光纤传输过程中的多模光在这个过程中存在着许多种传输模式，但是每一种传输模式都有各自对应的不同的传播速度和相位，所以就算在输入端同时输入光脉冲信号，也会因为光脉冲的前端和后端在光纤中传输的距离不一致，造成最终通信信息到达接收端时的时间都是不一样的，这种产生了脉冲展宽的现象就叫做色散。它是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽的变化对光纤的传输容量产生直接的影响，同时通过光纤链路的现场测试发现 光纤带宽变窄不仅对光纤的传输容量能起到限制的作用，同时还会对光信号的传输距离产生直接的影响。为了进一步了解光纤的色散特性，我们通过研究发现光纤的色散根据形式的不一样可以分为三种类型。一是模式色散，这种类型的色散主要是针对多模光纤起作用，因为它的光纤通信传输方式多种多样，而对于单模光纤这种只有一个模式传播的光纤传输技术，则不存在模式色散的问题。二是材料色散，顾名思义，材料色散主要是指制作光纤的主要材料二氧化硅本身所产生的色散，这种色散虽然是不可避免的，但是产生的影响较小，在光纤的色散特性中不占主导地位。三是波导色散，它是是指由光纤的波导结构所引起的色散，这种形式的色散对于多模光纤来说影响甚小。总而言之，就是色散大都是对多模光纤产生影响，主要形式是模式色散。对于光纤的色散特性需要注意的是对于单模光纤传输这种只是一个单模的传输方式，是不存在模式色散，模式色散为零，所以在单模光纤传输过程中考主要考虑的就是是材料色散和波导色散对其造成的影响。
第三，光纤传输的非线性效应。与光纤的衰耗和色散特性呈线性变化所形成的现行效应不同，光线的带宽系数与光纤长度都是呈非线性变化的，称之为非线性效应。以此为依据光纤中的非线性效应可以分为两种类型。
首先是散射效应，即受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS，众所周知，时间的任何物质从本质上来说都是是由分子、原子等基本组成单元组成的，这些基本组成单元在常温条件下一直处于不断地作自发热运动和振动中，因此，作为散射效应的重要组成部分，受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS在产生原理上是完全不一样的。前者受激布里渊散射SBS纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用光源的强度调制系统过程中，必须保证信号光功率在受激布里渊散射SBS的控制范围，否则将出现后向散射功率也会出现急剧的增加的现象，发生受激拉曼散射SRS状况。而后者受激拉曼散射SRS的产生原理是是光与硅原子振动模式间相互作用有关的宽带效应，不管在什么样的情况下，在这个过程中懂得短波长信号都会有所衰减，而长波长信号却会增强。由于受激拉曼散射SRS激发的是光频支声子，且门限值较大，在单信道和多信道系统中，一般情况下不容易发生。但是如果在传输过程中随着传输距离的增长和复用波数的不断增加，会造成光信号功率不断接近受激拉曼散射SRS的门限值，增加SRS发生的几率。
其次是与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关，主要包括自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频效应FWM。自相位调制是因光纤中激光强度的变化所导致光纤折射率发生变化，从而引起光信号自身的相位调整的一种效应，也就是说光纤中的克尔效应是一种折射率的非线性效应。交叉相位调制XPM是指在多波长系统中，一个信道的相位变化不仅与本信道的光强有关，也与其它相邻信道的光强有关，它的出现通常是由于相邻信道间的相互作用导致相位相互调制。四波混频FWM还可以叫做四声子混合，它是是光纤介质三阶极化实部作用产生的一种光波间耦合效应，所产生的影响远远大于其他的效应。
结语
光纤通信技术是我国现阶段发展过程中的一项重要技术，对我国的发展起到重要推动作用，而光纤是其中的重要组成部分，为了能够进一步了解相关技术，发挥其应有的作用，需要对其有所了解，尤其是在它的特性方面，因此，在未来的发展道路上，还需要不断努力去探索。
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